DE102004057881B4

DE102004057881B4 - Method and apparatus for symmetrical phase shift keying

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Publication number: DE102004057881B4
Application number: DE200410057881
Authority: DE
Inventors: Chin Lee
Original assignee: Via Technologies Inc
Current assignee: Via Technologies Inc
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2011-08-18
Anticipated expiration: 2024-12-01
Also published as: DE102004057881A1

Abstract

Ein symmetrisches Phasen-Umtastungs-Verfahren (SPSK) zur Daten-Modulation, bei dem jedes Symbol in einem Übertragungssignal n-Bit Informationen trägt und in einer von 2n+1 Richtungen übertragen wird, wobei 2n Richtungen unter den 2n+1 Richtungen als Grund-Richtungen betrachtet werden und die anderen 2n Richtungen als komplementäre Richtungen betrachtet werden, wobei jede Grund-Richtung eine entsprechende komplementäre Richtung mit einer Phasendifferenz von Π hat und diese die gleichen n-Bit Informationen darstellt wie die Grund-Richtung, wobei das SPSK-Verfahren weiterhin umfasst: – Abfragen einer der Grund-Richtungen, die zu einem aktuellen Symbol des Übertragungssignals korrespondieren; – Bestimmen, ob eine Phasendifferenz zwischen der abgefragten Grund-Richtung und einer vorigen Richtung eines vorhergehenden Symbols im Übertragungssignal kleiner oder gleich Π/2 ist; – Übertragen des aktuellen Symbols gemäß der abgefragten Grund–Richtung, falls die Phasendifferenz kleiner oder gleich Π/2 ist; und – Übertragen des aktuellen Symbols entsprechend der komplementären Richtung, die zu der empfangenen Grund-Richtung korrespondiert, falls die Phasendifferenz...A symmetrical phase shift keying method (SPSK) for data modulation, in which each symbol carries n-bit information in a transmission signal and is transmitted in one of 2n + 1 directions, with 2n directions among the 2n + 1 directions as basic Directions are considered and the other 2n directions are regarded as complementary directions, each basic direction having a corresponding complementary direction with a phase difference of Π and this representing the same n-bit information as the basic direction, the SPSK method still being used comprises: interrogating one of the basic directions that correspond to a current symbol of the transmission signal; - Determine whether a phase difference between the queried basic direction and a previous direction of a previous symbol in the transmission signal is less than or equal to 2/2; - Transfer of the current symbol according to the queried basic direction if the phase difference is less than or equal to Π / 2; and - transmitting the current symbol in accordance with the complementary direction, which corresponds to the received basic direction, if the phase difference ...

Description

Hintergrundbackground

Die vorliegende Erfindung betrifft die Modulation innerhalb einer Datenübertragung, insbesondere die Phasen-Umtastung (engl. Phase Shift Keying, kurz PSK).The present invention relates to the modulation within a data transmission, in particular phase-shift keying (PSK).

Die digitale Modulation wandelt digitale Daten für die physikalische Übertragung innerhalb der digitalen Kommunikation in analoge Symbole um, wobei die digitale Demodulation als Umkehrprozess gilt. Der Modulationsprozess, der die Übertragung ermöglicht, bedingt das Schalten (Umtasten, engl. keying) der Amplitude, der Frequenz oder der Phase eines sinusförmigen Trägers auf eine bestimmte Weise in Übereinstimmung mit den eingehenden digitalen Daten. Grundlegende Signalisierungsschemen sind Amplituden-Umtastung (engl. amplitude-shift keying, ASK), Frequenz-Umtastung (engl. frequency-shift keying, FSK) und Phasen-Umtastung (engl. Phase-shift keying, PSK). Beide, PSK- und FSK-Signale, haben eine konstante Einhüllende und sind wegen dieser Eigenschaft stabil gegenüber Nichtlinearitäten in der Amplitude, welche in Kommunikationskanälen auftreten. PSK- und FSK-Signale werden zur Datenübertragung auf nicht-linearen Kanälen gegenüber ASK-Signalen bevorzugt.Digital modulation converts digital data for physical transmission within digital communication into analog symbols, with digital demodulation being the inverse process. The modulation process that enables transmission involves switching (keying) the amplitude, frequency, or phase of a sinusoidal carrier in a particular manner in accordance with the incoming digital data. Basic signaling schemes are amplitude-shift keying (ASK), frequency-shift keying (FSK), and phase-shift keying (PSK). Both PSK and FSK signals have a constant envelope and, because of this property, are stable to amplitude nonlinearities that occur in communication channels. PSK and FSK signals are preferred for data transmission on non-linear channels over ASK signals.

Die Gauß-vorgefiltere Minimum-Umtastung (sog. GMSK) und die Π/4 QPSK (Quaternäre Phasen-Umtastung) sind übliche digitale Mobilfunk-Modulations- und Demodulationsverfahren in Europa bzw. in den USA, wobei Π/4 Differentielle QPSK (DQPSK) durch IS-54 (TDMA, CDMA), durch PACS (bei geringer Leistung) und durch PHS im gegenwärtigen Markt eingeführt sind. Die gewöhnlichen PSK-Verfahren beinhalten Binäre Phasen-Umtastung (BPSK), QPSK und ihre Varianten.The Gaussian prefiltered minimum shift keying (so-called GMSK) and the Π / 4 QPSK (quaternary phase shift keying) are common digital mobile radio modulation and demodulation methods in Europe and the US, where Π / 4 Differential QPSK (DQPSK) by IS-54 (TDMA, CDMA), by PACS (at low power) and by PHS in the current market. The usual PSK methods include Binary Phase Shift Keying (BPSK), QPSK and their variants.

Die 1 ist ein BPSK-Konstellations-Diagramm (sog. Phasen-Zustandsdiagramm oder Zeigerdiagramm), das zeigt, dass jedes Bit gemäß seines Wertes durch Veränderung der Phase übertragen werden kann. Aus den Positionen, die auf dem BPSK-Konstellations-Diagramm der Phase = 0 und der Phase = Π entsprechen, leitet sich das Bit als logisches High oder Low ab. Die 2 veranschaulicht ein Beispiel von sechs Bits, die nach dem BPSK-Verfahren übertragen werden mit einem ganzen Zyklus einer Kosinuswelle, die dem logischen Low (0) entspricht und mit einem ganzen Zyklus einer negativen Kosinuswelle, die dem logischen High (1) entspricht. Zu beachten ist, dass es einen 180° (Π) Phasenwechsel immer dann gibt, wenn der Bitwert von 0 auf 1 oder von 1 auf 0 wechselt, und zwar mit einem scharfen Phasenwechsel, der einen spitzen Impuls im Zeitbereich ergibt, was eine hohe Übertragungsfrequenz (Trägerfrequenz) und eine breitere Bandweite erforderlich macht, die in Kommunikationssystemen aber nicht wünschenswert ist.The 1 is a BPSK constellation diagram (so-called Phase State Diagram or Pointer Diagram) which shows that each bit can be transmitted according to its value by changing the phase. From the positions corresponding to phase = 0 and phase = Π on the BPSK constellation diagram, the bit is derived as a logical high or low. The 2 Fig. 12 illustrates an example of six bits transmitted by the BPSK method with a whole cycle of a cosine wave corresponding to the logic low (0) and with a whole cycle of a negative cosine wave corresponding to the logic high (1). It should be noted that there is a 180 ° (Π) phase change whenever the bit value changes from 0 to 1 or from 1 to 0, with a sharp phase change giving a sharp pulse in the time domain, which is a high transmission frequency (Carrier frequency) and a wider bandwidth is required, which is not desirable in communication systems.

Die 3 ist ein QPSK-Konstellations-Diagramm, bei dem jedes Symbol zwei Bits Informationen trägt und zu seinen Nachbarn um Π/2 (90°) phasenversetzt ist. Die 4 veranschaulicht, dass in QPSK der maximale Phasenwechsel zwischen aufeinander folgenden Symbolen ebenfalls Π (180°) beträgt, was dieselben Bandbreitenprobleme wie bei BPSK erzeugt.The 3 is a QPSK constellation diagram in which each symbol carries two bits of information and is out of phase with its neighbors by Π / 2 (90 °). The 4 illustrates that in QPSK the maximum phase change between successive symbols is also Π (180 °), which causes the same bandwidth problems as BPSK.

Die Π/4 QPSK ist eine andere Modulationsalternative, die das Konstellations-Diagramm weiter in acht Richtungen aufteilt, bei der aber die Anzahl an Bits, welche pro Symbol übertragen werden, gleich Zwei bleibt. So teilt ein zusätzliches Bit die acht Richtungen entweder gerade oder ungerade auf. Die 5 ist ein Konstellations-Diagramm für Π/4 QPSK, bei der die Phasen 0, Π/4, Π/2, 3Π/4, Π, –3Π/4, –Π/2 und –Π/4 mit (0,0)Gerade, (0,0)Ungerade, (1,0)Gerade, (1,0)Ungerade, (1,1)Gerade, (1,1)Ungerade, (0,1)Gerade bzw. (0,1)Ungerade korrespondieren. Die Paare mit derselben Bit-Information sind zueinander benachbart mit einer Phasendifferenz von Π/4 angeordnet, ohne zwei „Ungerade” oder zwei „Gerade” Symbole nebeneinander zu haben. Das System überträgt Symbole, die zwischen Gerade und Ungerade wechseln, so dass die größtmögliche Phasendifferenz zwischen zwei aufeinander folgenden Symbolen auf 3Π/4 reduziert ist. Je größer die Phasendifferenz im Zeitbereich ist, desto schärfer ist der Impuls beim Übergang von zwei Symbolen, wodurch ein breiteres Spektrum im Frequenzbereich erforderlich ist. Es ist äußerst wichtig, die Bandbreite so eng wie möglich zu halten, um die beschränkten Spektrumsressourcen effizient auszuschöpfen. Die Qualität der Kommunikation nimmt ab, wenn die Bandbreite, welche die übertragenen Signale benötigen, die zugewiesene Kanal-Bandbreite übersteigt, was zu Interferenzen mit anderen Signalen führt.The Π / 4 QPSK is another modulation alternative that further splits the constellation diagram in eight directions, but keeps the number of bits transmitted per symbol equal to two. Thus, an extra bit divides the eight directions either even or odd. The 5 is a constellation diagram for Π / 4 QPSK, in which the phases 0, Π / 4, Π / 2, 3Π / 4, Π, -3Π / 4, -Π / 2 and -Π / 4 with (0,0 ) Even, (0,0) Odd, (1,0) Even, (1,0) Odd, (1,1) Odd, (1,1) Odd, (0,1) Odd or (0,1 ) Odd correspond. The pairs having the same bit information are arranged adjacent to each other with a phase difference of Π / 4 without having two "odd" or two "even" symbols next to each other. The system transmits symbols that alternate between even and odd, reducing the maximum phase difference between two consecutive symbols to 3Π / 4. The larger the phase difference in the time domain, the sharper the impulse at the transition of two symbols, which requires a wider spectrum in the frequency domain. It is extremely important to keep bandwidth as tight as possible in order to efficiently utilize the limited spectrum resources. The quality of the communication decreases when the bandwidth required by the transmitted signals exceeds the assigned channel bandwidth, resulting in interference with other signals.

Die Druckschriften UNGERBÖCK, Gottfried: Trellis-Coded Modulation with Redundant Signal Sets Part I and II, IEEE Communications Magazin Vol. 25, No2 Feb 1987 Seiten 5–12, offenbart ein Modulationsverfahren für digitale Übertragungen mit Bandbreiten beschränkte Kanäle. Hierbei wird eine erhöhte Robustheit erreicht, wobei die Übertragungsrate nicht erhöht wird.UNGERBÖCK, Gottfried: Trellis-Coded Modulation with Redundant Signal Sets Part I and II, IEEE Communications Magazine Vol. 25, No. 2 Feb 1987, pages 5-12, discloses a modulation scheme for digital transmissions with bandwidth limited channels. Here, an increased robustness is achieved, the transmission rate is not increased.

Die US 5 642 384 A offenbart ein digitales Kommunikationssystem, das einen Satz von kodierten Bits für jeden Satz von Input Bits erzeugt, bei dem eine Anzahl von redundanten Symbolen innerhalb eines beschränkten Maximum Phasen Winkels gewählt wird. The US 5 642 384 A discloses a digital communication system that generates a set of coded bits for each set of input bits in which a number of redundant symbols within a limited maximum phase angle are selected.

KurzbeschreibungSummary

Es werden Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen, die symmetrische Phasen-Umtastung (PSK) zur Daten-Modulation und -Demodulation anwenden. Jedes Symbol in einem Übertragungssignal trägt n-bit Informationen und wird mit einer von 2ⁿ⁺¹ Richtungen ausgesendet. 2ⁿ Richtungen unter den 2ⁿ⁺¹ Richtungen werden als vorgegebene Grund-Richtungen bzw. Standard-Richtungen betrachtet und die übrigen 2ⁿ Richtungen werden als komplementäre Richtungen betrachtet. Jede Grund-Richtung hat eine dazu passende komplementäre Richtung bei einer Phasendifferenz von Π (Pi), die dieselbe n-bit Information wie die Grund-Richtung darstellt.Methods and devices are proposed which use symmetric phase shift keying (PSK) for data modulation and demodulation. Each symbol in a transmission signal carries n-bit information and is transmitted in one of 2 ^{n + 1} directions. 2 ⁿ directions among the 2 ^{n + 1} directions are considered as default basic directions and the remaining 2 ⁿ directions are considered as complementary directions. Each fundamental direction has a mating complementary direction at a phase difference of Π (Pi) representing the same n-bit information as the fundamental direction.

In einem Verfahren wird eine der Grund-Richtungen, die dem aktuellen Symbol des Sendesignals entspricht, mit einer Phasendifferenz zwischen der abgerufenen bzw. gefundenen Grund-Richtung und einer zuvor bestimmten Richtung eines vorhergehenden Symbols im Sendesignal wieder gefunden. Das aktuelle Symbol wird gemäß der gefundenen Grund-Richtung gesendet, wenn die Phasendifferenz weniger oder gleich Π/2 ist, oder das aktuelle Symbol wird entsprechend der gemäß einer komplementären Richtung gesendet, die zu der gefundenen Grund-Richtung gehört.In one method, one of the fundamental directions corresponding to the current symbol of the transmission signal is retrieved with a phase difference between the retrieved fundamental direction and a previously determined direction of a previous symbol in the transmission signal. The current symbol is sent in accordance with the found fundamental direction if the phase difference is less than or equal to Π / 2, or the current symbol is sent corresponding to that according to a complementary direction associated with the found fundamental direction.

Eine vorherige Richtung eines vorhergehenden Symbols im Sendesignal wird zum Vergleich erfasst, das 2n zulässige Übergangs-Richtungen bei einer Phasenabweichung von der vorigen Richtung um weniger als Π/2 hat oder mit der Grund-Richtung mit einer Π/2-gleichen Phasenabweichung von der vorigen Richtung erfasst wurde. Ein aktuelles Symbol mit einer aktuellen Richtung unter den 2ⁿ⁺¹ Richtungen wird überprüft, wenn die aktuelle Richtung sich unter den 2ⁿ zulässigen Richtungen befindet. Die aktuelle Richtung wird zur bestmöglichen zulässigen Richtung unter den 2ⁿ⁺¹ zulässigen Übergangs-Richtungen berichtigt, wenn die aktuelle Richtung sich nicht unter den 2ⁿ zulässigen Übergangs-Richtungen bzw. Durchgangs-Richtungen befindet. Das aktuelle Symbol wird zu der entsprechenden 2-bit Information gemäß der aktuellen Richtung dekodiert. Die bestmögliche zulässige Richtung unter den 2ⁿ zulässigen Übergangs-Richtungen ist als diejenige nächstliegende Richtung zu der aktuellen Richtung definiert, welche nicht zu den 2ⁿ zulässigen Übergangs-Richtungen gehört.A previous direction of a preceding symbol in the transmission signal is detected for comparison, which has 2n allowable transition directions at a phase deviation from the previous direction by less than Π / 2 or with the base direction with a Π / 2-like phase deviation from the previous one Direction was detected. A current symbol with a current direction among the 2 ^{n + 1} directions is checked if the current direction is below the 2 ⁿ permissible directions. The current direction is corrected to the best allowable direction among the 2 ^{n + 1} allowable transition directions if the current direction is not below the 2 ⁿ allowable transition directions. The current symbol is decoded to the corresponding 2-bit information according to the current direction. The best possible permissible direction among the 2 ⁿ permissible transition directions is defined as the closest direction to the current direction, which does not belong to the 2 ⁿ permissible transition directions.

Der SPSK-Modulator umfasst einen symmetrischen Phasen-Kodierer, einen Verzögerungsschaltkreis (Verzögerungsstufe) und einen Modulator. Der symmetrische Phasen-Kodierer erzeugt eine aktuelle Richtung unter den 2ⁿ⁺¹ Richtungen für ein n-bit langes aktuelles Symbol, gemäß der Phasendifferenz zwischen der aktuellen Richtung und einer vorigen Richtung eines vorhergehenden Symbols. Die aktuelle Richtung wird gemäß der Grund-Richtung entsprechend dem n-bit langen aktuellen Symbol zugewiesen, wenn die Phasendifferenz weniger oder gleich Π/2 ist, oder die aktuelle Richtung wird gemäß einer komplementären Richtung entsprechend der Grund-Richtung zugewiesen. Der Verzögerungsschaltkreis liefert die vorherige Richtung an den symmetrischen Phasen-Kodierer, indem er das Ausgangssignal des symmetrischen Phasenkodierers verzögert. Der Modulator empfängt die aktuelle Richtung von dem symmetrischen Phasen-Kodierer und moduliert durch Phasen-Umtastung die aktuelle Richtung einem Sendesignal auf.The SPSK modulator includes a balanced phase encoder, a delay circuit and a modulator. The symmetric phase encoder generates a current direction among the 2 ^{n + 1} directions for an n-bit long current symbol, according to the phase difference between the current direction and a previous direction of a previous symbol. The current direction is assigned according to the basic direction corresponding to the n-bit long current symbol when the phase difference is less than or equal to Π / 2, or the current direction is assigned according to a complementary direction corresponding to the basic direction. The delay circuit provides the previous direction to the balanced phase encoder by delaying the output of the balanced phase encoder. The modulator receives the current direction from the balanced phase encoder and modulates the current direction to a transmit signal by phase shift keying.

Der SPSK-Demodulator umfasst einen Demodulator (Demodulationsstufe), einen Verzögerungsschaltkreis (Verzögerungsstufe) und einen Gegenschaltkreis (Umkehrschaltkreis oder Gegenstufe). Der Demodulator demoduliert das empfangene Signal in (n + 1) Bit Symbole. Der Verzögerungsschaltkreis ist an den Demodulator gekoppelt. Die Gegenstufe empfängt ein aktuelles Symbol vom Demodulator und ein vorheriges Symbol vom Verzögerungsschaltkreis. Die vorherige Richtung des vorhergehenden Symbols hat 2ⁿ zulässige Übergangs-Richtungen, die eine Phasenabweichung zur vorigen Richtung von weniger als Π/2 haben, oder die eine Grund-Richtung mit einer Phasenabweichung von Π/2 zur vorigen Richtung hat. Die Gegenstufe berichtigt auch die aktuelle Richtung zur bestmöglichen Richtung hin, wenn die aktuelle Richtung nicht eine der 2ⁿ zulässigen Übergangs-Richtungen ist und dekodiert das aktuelle Symbol gemäß der aktuellen Richtung zu der entsprechenden n-bit Information.The SPSK demodulator comprises a demodulator, a delay circuit and a counter circuit. The demodulator demodulates the received signal into (n + 1) bit symbols. The delay circuit is coupled to the demodulator. The counter stage receives a current symbol from the demodulator and a previous symbol from the delay circuit. The previous direction of the previous symbol has 2 ⁿ permissible transition directions which have a phase deviation from the previous direction of less than Π / 2, or which has a fundamental direction with a phase deviation of Π / 2 from the previous direction. The counter stage also corrects the current direction toward the best possible direction if the current direction is not one of the 2 ⁿ allowable transition directions and decodes the current symbol according to the current direction to the corresponding n-bit information.

Beschreibung der FigurenDescription of the figures

Die vorliegende Erfindung kann noch eingehender verstanden werden durch das Lesen der nachfolgenden detaillieren Beschreibung in Verbindung mit den Beispielen und mit den zu den beiliegenden Zeichnungen gemachten Bezugnahmen, wobei:The present invention may be understood more fully by reading the following detailed description taken in conjunction with the examples and the references made to the accompanying drawings, wherein:

1 ein Konstellations-Diagramm einer BPSK ist; 1 is a constellation diagram of a BPSK;

2 eine beispielhafte Signal-Impulsform veranschaulicht, die unter Verwendung von BPSK übertragen wird; 2 illustrates an example signal waveform transmitted using BPSK;

3 ein Konstellations-Diagramm einer QPSK ist; 3 is a constellation diagram of a QPSK;

4 eine beispielhafte Signal-Impulsform veranschaulicht, die unter Verwendung von QPSK übertragen wird; 4 illustrates an example signal waveform transmitted using QPSK;

5 ein Konstellations-Diagramm einer Π/4 QPSK ist; 5 is a constellation diagram of a Π / 4 QPSK;

6 ein Konstellations-Diagramm einer SPSK nach Ausführungsbeispielen der Erfindung ist; 6 Fig. 12 is a constellation diagram of a SPSK according to embodiments of the invention;

7 mögliche Kombinationen zur Datenmodulation nach Ausführungsbeispielen der Erfindung zeigt; 7 shows possible combinations for data modulation according to embodiments of the invention;

8a und 8b mögliche Kombinationen zur Datendemodulation nach Ausführungsbeispielen der Erfindung zeigen; 8a and 8b show possible combinations for data demodulation according to embodiments of the invention;

9a und 9b Blockdiagramme sind, die einen SPSK-Modulator und einen SPSK-Demodulator nach Ausführungsbeispielen der Erfindung zeigen. 9a and 9b Are block diagrams showing a SPSK modulator and a SPSK demodulator according to embodiments of the invention.

Detailierte BeschreibungDetailed description

Die 6 veranschaulicht ein Konstellations-Diagramm von SPSK gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung. In den 6, 8 stellt jede der Richtungen 2-Bit Informationen und 1-Bit Indikatoren (Zeiger) für entweder Links oder Rechts dar. Die 4 Richtungen mit einem „Rechts”-Indikator werden als Grund-Richtungen bzw. Standard-Richtungen betrachtet und die 4 Richtungen mit einem „Links”-Indikator werden als komplementäre Richtungen betrachtet. Jede Grund-Richtung hat bei einer Phasendifferenz von Π (180°) eine entsprechende komplementäre Richtung, wobei die komplementäre Richtung dieselbe 2-Bit Information wie die entsprechende Grund-Richtung trägt. Zum Beispiel trägt eine Grund-Richtung, die (0,1)Rechts repräsentiert, mit einer komplementären Richtung, die (1,0)Links repräsentiert, im Wesentlichen die selbe 2-Bit Information.The 6 illustrates a constellation diagram of SPSK according to embodiments of the invention. In the 6 . 8th each of the directions represents 2-bit information and 1-bit indicators (pointers) for either left or right. The 4 directions with a "right" indicator are considered as standard directions and the 4 directions are considered as one "Left" indicators are considered complementary directions. Each fundamental direction has a corresponding complementary direction with a phase difference of Π (180 °), the complementary direction carrying the same 2-bit information as the corresponding fundamental direction. For example, a basic direction representing (0,1) Right carries, with a complementary direction representing (1,0) Links, substantially the same 2-bit information.

In der 6 ist der Phasenraum gleichmäßig in 8 Richtungen unterteilt: 0, Π/4, Π/2, 3Π/4, Π, –3Π/4, –Π/2, –Π/4, die durch (0,0)Rechts, (0,1)Rechts, (0,0)Links, (0,1)Links, (1,1)Links, (1,0)Links, (1,1)Rechts bzw. (1,0)Rechts dargestellt werden.In the 6 the phase space is divided evenly into 8 directions: 0, Π / 4, Π / 2, 3Π / 4, Π, -3Π / 4, -Π / 2, -Π / 4, which are represented by (0,0) Right, ( 0.1) Right, (0.0) Left, (0.1) Left, (1.1) Left, (1.0) Left, (1.1) Right, and (1.0) Right ,

Die 7 und 8a–8b folgen den Symbol-Anordnungen des in der 6 gezeigten SPSK-Konstellations-Diagramms. Beide 7 und 8a–8b veranschaulichen die Zuweisung von Rechts als die Grund-Richtung und Links als die komplementäre Richtung. Die 7 zeigt mögliche Kombinationen für Auswahl-Richtungen zur Modulation. Eine aktuelle Richtung wird zunächst aus den 4 Grund-Richtungen mit einem „Rechts”-Indikator ausgewählt und wechselt nur dann zu einer entsprechenden komplementären Richtung mit einem „Links”-Indikator, wenn die Phasendifferenz zwischen der aktuellen Richtung und ihrer vorherigen Richtung Π/2 (90°) überschreitet. Wie in der 7 dargestellt ist, kann dann, wenn ein erstes Symbol entweder (0,0) oder (1,0) ist, die Richtung eines zweiten Symbols in eine der Grund-Richtungen übertragen werden. Wenn die Richtung des zweiten Symbols (0,1)Rechts ist und ein drittes Symbol (1,1) ist, dann ist die Richtung des dritten Symbols nicht (1,1)Rechts unter den Grund-Richtungen, sondern die entsprechende komplementäre Richtung (0,0)Links mit einer Phasenverzögerung von Π, weil die Phasendifferenz zwischen den Grund-Richtungen (0,1)Rechts und (1,1)Rechts Π/2 übersteigt, so wie es die 6 zeigt. Gleichermaßen gilt: Wenn ein viertes Symbol (1,0) ist, so ist die Richtung davon eine komplementäre Richtung (0,1)Links und (1,0)Rechts, weil die Phasendifferenz zwischen (0,0)Links und (1,0)Rechts Π/2 übersteigt.The 7 and 8a - 8b follow the symbol arrangements of the in the 6 shown SPSK constellation diagram. Both 7 and 8a - 8b illustrate the assignment of right as the basic direction and links as the complementary direction. The 7 shows possible combinations for selection directions for modulation. A current direction is first selected from the 4 basic directions with a "right" indicator, and only changes to a corresponding complementary direction with a "left" indicator when the phase difference between the current direction and its previous direction Π / 2 Exceeds (90 °). Like in the 7 2, when a first symbol is either (0,0) or (1,0), the direction of a second symbol may be transmitted in one of the fundamental directions. If the direction of the second symbol (0,1) is right and a third symbol is (1,1), then the direction of the third symbol is not (1,1) right under the fundamental directions but the corresponding complementary direction (Fig. 0,0) Left with a phase delay of Π, because the phase difference between the fundamental directions (0,1) exceeds right and (1,1) right Π / 2, like the 6 shows. Similarly, if a fourth symbol is (1,0), the direction of it is a complementary direction (0,1) left and (1,0) right because the phase difference between (0,0) left and (1, 0) Right Π / 2 exceeds.

Die 8a und 8b veranschaulichen mögliche Dekodier-Bedingungen für demodulierte Symbole, die am Empfangsende empfangen werden. Das Dekodieren eines aktuellen Symbols erfordert Kenntnis eines vorigen Symbols, und die erste Spalte in den 8a–8b listet 8 mögliche vorherige Symbole auf. Die vorherigen und aktuellen Symbole umfassen jeweils 2-Bit Information und 1-Bit Indikator, der entweder Links oder Rechts anzeigt. Die dritte Spalte zeigt die entsprechend dekodierte 2-Bit Information für jedes aktuell empfangene Symbol. Die dekodierte 2-Bit Information wird dadurch erhalten, dass jede komplementäre Richtung (Links) in seine entsprechende Grund-Richtung (Rechts) abgebildet (gemappt) wird, wie z. B. ein empfangenes aktuelles Symbol (1,0)Links in (0,1)Rechts abgebildet wird, wenn das vorherige Symbol (1,1)rechts ist. Es gibt nur 4 aktuelle Richtungen für jede vorherige Richtung, die zulässige Übergangs-Richtungen berücksichtigen. Die zulässigen Übergangs-Richtungen werden als Richtungen (entweder als Grund- oder Komplementär-Richtungen) definiert, die eine Phasendifferenz haben, die kleiner als Π/2 ist, und die eine Grund-Richtung haben, die eine Phasendifferenz gleich Π/2 haben. Die verbleibenden 4 Richtungen, die nicht innerhalb der zulässigen Übergangs-Richtungen liegen, sind als N/A in der dritten Spalte markiert, um einen Fehler während der Datenübertragung oder Demodulation anzuzeigen bzw. zu markieren. Die vierte Spalte zeigt eine bestmögliche zulässige Richtung für jede Richtung, die nicht innerhalb der zulässigen Übergangs-Richtungen liegt. Die bestmögliche Richtung wird als die nächstliegende zulässige Übergangs-Richtung zum empfangenen aktuellen Symbol bestimmt. Wenn beispielsweise ein vorheriges Symbol (0,0) Rechts ist und ein aktuelles Symbol (1,0) Links ist, zeigt der entsprechende Eintrag in der dritten Spalte ein Fehler an, weil die Phasendifferenz zwischen den beiden Richtungen Π/2 übersteigt. Die entsprechende Richtung in der vierten Spalte ist (1,1) Rechts, weil es die nächste Richtung zu (1,0) Links unter den vier zulässigen Übergangs-Richtungen (0,1) Rechts, (0,0) Rechts, (1,0) Rechts und (1,1) Rechts ist.The 8a and 8b illustrate possible decoding conditions for demodulated symbols received at the receiving end. The decoding of a current symbol requires knowledge of a previous symbol, and the first column in the 8a - 8b lists 8 possible previous symbols. The previous and current icons each include 2-bit information and 1-bit indicator, indicating either left or right. The third column shows the corresponding decoded 2-bit information for each currently received symbol. The decoded 2-bit information is obtained by mapped (mapped) each complementary direction (left) into its corresponding fundamental direction (right), such as a. For example, a received current symbol (1,0) is mapped to the left in (0,1) Right if the previous symbol (1,1) is to the right is. There are only 4 current directions for each previous direction, allowing for allowable transition directions. The allowable transition directions are defined as directions (either as fundamental or complementary directions) that have a phase difference less than Π / 2, and that have a fundamental direction that has a phase difference equal to Π / 2. The remaining 4 directions that are not within the allowable transition directions are marked as N / A in the third column to indicate an error during data transmission or demodulation. The fourth column shows the best possible allowable direction for each direction that is not within the allowable transition directions. The best possible direction is determined as the closest allowable transition direction to the received current symbol. For example, if a previous symbol (0,0) is right and a current symbol (1,0) is left, the corresponding entry in the third column indicates an error because the phase difference between the two directions exceeds Π / 2. The corresponding direction in the fourth column is (1,1) Right, because it is the next direction to (1,0) Left among the four permissible transition directions (0,1) Right, (0,0) Right, (1 , 0) Right and (1,1) Right.

Gleichermaßen gilt: Wenn ein vorheriges Symbol (1,1) Rechts ist und ein aktuelles Symbol (1,1) Links ist, zeigt der entsprechende Eintrag in der dritten Spalte einen Fehler an, weil die Phasendifferenz zwischen den beiden Richtungen Π/2 übersteigt. Die entsprechende Richtung in der vierten Spalte ist (1,0) Links, weil es die nächste Richtung zu (1,1) Links unter den vier zulässigen Übergangs-Richtungen (1,0) Links, (1,1) Rechts, (1,0) Rechts und (0,0) Rechts ist. Jedoch wird (1,0) Links zu (0,1) Rechts gewandelt, weil die Grund-Richtung rechts ist. Tatsächlich tragen die Symbole (1,0) Links und (0,1) Rechts dieselbe Information gemäß der Erfindung zum System.Similarly, if a previous symbol (1,1) is right and a current symbol (1,1) is left, the corresponding entry in the third column indicates an error because the phase difference between the two directions exceeds Π / 2. The corresponding direction in the fourth column is (1,0) left, because it is the next direction to (1,1) left under the four permissible transition directions (1,0) left, (1,1) right, (1 , 0) Right and (0,0) Right. However, (1,0) turns left to (0,1) right because the base direction is right. In fact, the symbols (1,0) left and (0,1) right carry the same information according to the invention to the system.

Die 9a ist ein schematisches Blockdiagramm eines SPSK-Modulators gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung. Der SPSK-Modulator 92 umfasst einen symmetrischen Phasen-Kodierer (Encoder) 922, einen Verzögerungsschaltkreis (Verzögerungsstufe) 924 und einen Modulator 926. N-Bit Symbole werden nacheinander (sequenziell) in den symmetrischen Phasen-Kodierer 922 gespeist. Der Verzögerungsschaltkreis 924 erhält das Ausgangssignal (die Richtung) vom symmetrischen Phasen-Kodierer 922 und dieses wird nach einer Verzögerung um ein Symbol (One-Symbol-Delay) in den Phasen-Kodierer 922 zurück geführt. Der symmetrische Phasen-Kodierer 922 vergleicht das aktuelle (gegenwärtige) Symbol mit einer vorherigen Richtung eines vorhergehenden Symbols, das von dem Verzögerungsschaltkreis 924 zur Verfügung gestellt wird, um eine (n + 1) Bit Richtung unter 2ⁿ⁺¹ möglichen Richtungen zu erzeugen. Die aktuelle Richtung wird auf nicht mehr als Π/2 von der vorherigen Richtung des vorhergehenden Symbols beschränkt, wobei zwei Richtungen im Abstand von Π die selbe n-Bit Information tragen und ausgetauscht werden können, um Phasenschiebung (Phasendrehung) größer als Π/2 zu vermeiden. Die aktuelle Richtung wird dann für den Modulator 926 bereitgestellt und in das Sendesignal (Übertragungssignal) gemäß der durch die aktuelle Richtung bestimmten Phase moduliert.The 9a FIG. 12 is a schematic block diagram of a SPSK modulator according to embodiments of the invention. FIG. The SPSK modulator 92 includes a symmetric phase encoder (encoder) 922 , a delay circuit (delay stage) 924 and a modulator 926 , N-bit symbols are sequentially (sequentially) in the symmetric phase encoder 922 fed. The delay circuit 924 receives the output signal (the direction) from the balanced phase encoder 922 and this becomes the phase encoder after a delay of one symbol (one-symbol delay) 922 led back. The symmetric phase encoder 922 compares the current (current) symbol with a previous direction of a previous symbol from the delay circuit 924 is provided to generate an (n + 1) bit direction among 2 ^{n + 1} possible directions. The current direction is limited to no more than Π / 2 from the previous direction of the previous symbol, with two directions spaced von carrying the same n-bit information and being interchangeable to allow phase shift (phase rotation) greater than Π / 2 avoid. The current direction then becomes for the modulator 926 and modulated into the transmission signal (transmission signal) according to the phase determined by the current direction.

Die 9b ist ein schematisches Blockdiagramm eines SPSK-Demodulators gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung. Der SPSK-Demodulator 94 umfasst einen Demodulator (Demodulationsstufe) 942, einen Verzögerungsschaltkreis (Verzögerungsstufe) 944 und einen Gegenschaltkreis (Umkehrstufe) 946. Der Demodulator 942 empfängt ein Signal und demoduliert (n + 1) Bit Symbole. Der Ausgang des Demodulators 942 ist mit dem Verzögerungsschaltkreis 944 und mit dem Gegenschaltkreis 946 verbunden. Der Gegenschaltkreis 946 erhält eine aktuelle Richtung vom Demodulator 942 und eine vorige Richtung vom Verzögerungsschaltkreis 944 und dekodiert ein aktuelles Symbol. Ein Fehler tritt auf, wenn die Phasendifferenz zwischen der aktuellen und der vorigen Richtung Π/2 übersteigt, wodurch die Gegenstufe die aktuelle Richtung korrigiert, durch Ersetzen einer nächstliegenden zulässigen Richtung, die weniger oder gleich Π/2 ist.The 9b FIG. 12 is a schematic block diagram of a SPSK demodulator according to embodiments of the invention. FIG. The SPSK demodulator 94 includes a demodulator (demodulation stage) 942 , a delay circuit (delay stage) 944 and a counter circuit (reversing stage) 946 , The demodulator 942 receives a signal and demodulates (n + 1) bit symbols. The output of the demodulator 942 is with the delay circuit 944 and with the counter circuit 946 connected. The counter circuit 946 gets a current direction from the demodulator 942 and a previous direction from the delay circuit 944 and decodes a current symbol. An error occurs when the phase difference between the current and previous directions exceeds Π / 2, whereby the counter stage corrects the current direction by replacing a nearest allowable direction that is less than or equal to Π / 2.

Die Anordnung der Symbole auf dem Konstellations-Diagramm für SPSK-Modulations-/Demodulations-Verfahren gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung ist nicht auf das Konstellations-Diagramm beschränkt, das in der 6 gezeigt wird, soweit zwei beliebige Richtungen mit einer Phasendifferenz von Π logisch konträr sind aber die selbe Information tragen. In einigen Ausführungsformen können die SPSK-Modulations-/Demodulations-Verfahren und -Vorrichtungen die Interferenz durch Beschränkung des maximalen Phasenwechsels zwischen aufeinander folgenden Symbolen innerhalb von Π/2 begrenzen.The arrangement of symbols on the constellation diagram for SPSK modulation / demodulation methods according to the embodiments of the invention is not limited to the constellation diagram shown in FIG 6 is shown, as far as any two directions with a phase difference of Π are logically contrary but carry the same information. In some embodiments, the SPSK modulation / demodulation methods and devices may limit the interference by limiting the maximum phase change between successive symbols within Π / 2.

Während schließlich die Erfindung im Wege von Ausführungsbeispielen und mit den oben genannten Begriffen beschrieben worden ist, muss verstanden werden, dass die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist. Im Gegenteil, es ist beabsichtigt, verschiedenste Modifikationen und ähnliche Anordnungen abzudecken, so wie es für den Fachmann offensichtlich ist. Darum sollte der Schutzbereich der beiliegenden Ansprüche mit der breitesten Interpretation übereinstimmen, um somit alle diese Modifikationen und ähnlichen Anordnungen mitzuerfassen. Bezugszeichenliste 92 Digitaler Modulator 922 Symmetrischer Phasen-Kodierer (Encoder) 924 Verzögerungsschaltkreis (Verzögerungsstufe) 926 Modulator (Modulationsstufe) 94 Demodulator 942 Demodulator (Demodulationsstufe) 944 Verzögerungsschaltkreis (Verzögerungsstufe) 946 Gegenschaltkreis (Umkehrschalkreis) Finally, while the invention has been described by way of embodiments and with the above terms, it is to be understood that the invention is not limited thereto. On the contrary, it is intended to cover various modifications and similar arrangements as will be apparent to those skilled in the art. Therefore, the scope of the appended claims should be accorded the broadest interpretation so as to encompass all such modifications and similar arrangements. LIST OF REFERENCE NUMBERS 92 Digital modulator 922 Symmetric phase encoder (encoder) 924 Delay circuit (delay stage) 926 Modulator (modulation level) 94 demodulator 942 Demodulator (demodulation stage) 944 Delay circuit (delay stage) 946 Counter circuit (reverse circuit)

Claims

A symmetric phase-shift keying (SPSK) method for data modulation in which each symbol in a transmission signal carries n-bit information and is transmitted in one of 2 ^{n + 1} directions, where 2 ⁿ directions are among the 2 ^{n + 1} directions are considered as fundamental directions and the other 2 ⁿ directions are considered to be complementary directions, each fundamental direction having a corresponding complementary direction with a phase difference of Π and representing the same n-bit information as the fundamental direction, where SPSK method further comprises: - polling one of the fundamental directions corresponding to a current symbol of the transmission signal; Determining whether a phase difference between the retrieved fundamental direction and a previous direction of a previous symbol in the transmission signal is less than or equal to Π / 2; - transmitting the current symbol according to the retrieved basic direction if the phase difference is less than or equal to Π / 2; and transmitting the current symbol corresponding to the complementary direction corresponding to the received fundamental direction if the phase difference exceeds Π / 2.

The SPSK method according to the preceding claim 1, wherein the 2 ^{n + 1} directions are evenly spaced in a 2Π phase space.

The SPSK method according to one or more of the preceding claims 1 to 2, wherein each symbol carries 2 bits of information (n = 2).

The SPSK method according to one or more of the preceding claims 1 to 3, wherein the ground directions are arranged in a half plane of a 2Π phase space and the complementary directions are arranged in another half plane of the 2Π phase space.

A symmetrical phase-shift keying (SPSK) method for data demodulation in which each symbol in a transmission signal carries n-bit information and is transmitted in one of 2 ^{n + 1} directions, where 2 ⁿ directions are among the 2 ^{n + 1} directions are considered as fundamental directions and the other 2 ⁿ directions are considered to be complementary directions, each fundamental direction having a corresponding complementary direction with a phase difference of Π and representing the same n-bit information as the fundamental direction, where the SPSK method further comprises: - detecting a previous direction of a preceding symbol in the transmission signal, wherein the previous directions have 2 ⁿ permissible transition directions, which have a phase difference to the previous direction less than Π / 2 or a basic direction with have a phase difference to the previous direction of Π / 2; Receiving a current symbol with a current direction between the 2 ^{n + 1} directions; - determining whether the current direction is below the 2 ⁿ allowable transition directions; - correcting the current direction to a best allowable direction among the 2 ⁿ allowable transition directions if the current direction is not below the 2 ⁿ allowable transition directions; and decoding the current symbol to the corresponding n-bit information according to the current direction.

The SPSK method according to claim 5, wherein the optimal permissible direction between the 2 ⁿ junction directions, the closest direction with respect to the current direction.

A symmetrical phase shift keying modulator (SPSK modulator) in which each symbol in a transmission signal carries n-bit information and is transmitted in one of 2 ^{n + 1} directions, in which 2 ⁿ directions are in the 2 ^{n + 1} directions Basic directions are considered and the other 2 ⁿ directions are considered as complementary directions, in which each fundamental direction has a corresponding complementary direction with a phase difference of Π and this represents the same n-bit information as the fundamental direction, wherein the The SPSK modulator further comprises: a symmetric phase encoder generating a current direction from the 2 ^{n + 1} directions for a current n-bit symbol according to a phase difference between the current direction and a previous direction of a previous symbol, the current one Direction according to the basic direction, which corresponds to the current n-bit symbol is assigned, if the phase difference is smaller or equal to Π / 2, or assigned according to the complementary direction corresponding to the fundamental direction; A delay circuit providing the previous direction to the balanced phase encoder by delaying the output signal of the balanced phase encoder; a modulator receiving the current direction from the symmetrical phase encoder and the current direction into the signal for transmission Phase-shift modulated.

The symmetrical SPSK modulator according to the preceding claim 7, further comprising a serial-to-parallel converter having a single (1) input and n outputs to provide an n-bit symbol to the balanced phase encoder.

A symmetric phase-shift keying demodulator (SPSK demodulator) in which each symbol in a received signal carries n-bit information and is transmitted in one of 2 ^{n + 1} directions, in which 2 ⁿ directions are in the 2 ^{n + 1} directions Basic directions are considered and the other 2 ⁿ directions are considered to be complementary directions, each fundamental direction having a corresponding complementary direction with a phase difference of Π and representing the same n-bit information as the fundamental direction, where The SPSK demodulator further comprises: a demodulator which demodulates the received signal into (n + 1) bit symbols; A delay circuit connected to the demodulator; and a counter circuit receiving the current symbol from the demodulator and a preceding symbol from the delay circuit, the previous direction of the previous symbol having 2 ⁿ allowable transition directions having a phase difference from the previous direction of less than Π / 2 or having a fundamental direction with a phase difference from the previous direction equal to Π / 2, the current direction being corrected to a best possible direction if the current direction is not below the 2 ⁿ allowable transition directions; and decode the current symbol to the corresponding n-bit information according to the current direction.

The SPSK demodulator according to claim 9, wherein the counter circuit determines the closest direction taking into account the current direction as the best possible permissible direction among the 2 ⁿ permissible transition directions.

A symmetric phase-shift keying (SPSK) method for data modulation, comprising: - receiving a digital data stream in serial type; - encoding a current pattern based on n-bit information, a previous pattern and a basic pattern, wherein the current n-bit information recovered from the digital data and the previous pattern are delayed for a predetermined cycle; Modulating a current symbol based on the current pattern; Transmitting the current symbol if the phase difference between the current symbol and the previous symbol that has been modulated based on the previous pattern is less than or equal to Π / 2; and transmitting a complementary symbol having a complementary direction corresponding to the current symbol if the phase difference exceeds Π / 2.

The method of claim 11, further comprising converting the digital data stream to an n-bit parallel type.

The method of one or more of claims 11 to 12, further comprising converting the digital data stream into a 2-bit parallel type.

The method according to one or more of claims 11 or 13, wherein the preceding symbol is transmitted successively before the current symbol.

A symmetric phase-shift keying (SPSK) method for data demodulation, comprising: - receiving a current symbol; - demodulating the current symbol to a current pattern; - correct the current pattern; and obtaining the current n-bit information by decoding the current pattern, wherein a phase difference between the current symbol and the previous symbol is less than or equal to Π / 2, otherwise an error occurs and an inversion circuit corrects the current symbol by replacing a nearest one Symbols having a nearest permissible direction which is less than or equal to Π / 2, the previous symbol being transmitted successively before the current symbol.

The method of claim 15, wherein the step of correcting the current pattern is based on a previous pattern that has been delayed for a predetermined time.

A symmetric phase-shift keying device (SPSK) for data modulation, comprising: A symmetric phase encoder which receives a serial type digital data stream and which encodes a current pattern based on the current n-bit information, a previous pattern and a basic pattern, the current n-bit information being from the digital data are obtained; A delay circuit which delays the previous pattern for a predetermined cycle; A modulator that modulates the current symbol based on the current pattern, the phase difference between the current symbol and the previous symbol modulated on the previous pattern being less than or equal to Π / 2, otherwise the current symbol is replaced by a complementary symbol having a complementary direction corresponding to the current symbol.

The apparatus of claim 17, further comprising a serial-to-parallel converter, having 1 input and n outputs, for providing n-bit information to the balanced phase encoder.

A symmetric phase-shift keying (SPSK) device for data demodulation comprising: A demodulator receiving a current symbol and demodulating the current symbol into a current pattern; A delay circuit which delays the previous pattern for a predetermined cycle; and A counter circuit which corrects the current pattern based on the previous pattern, which decodes the current pattern and outputs the current n-bit information, where the phase difference between the current symbol and the previous symbol is less than or equal to Π / 2, otherwise an error occurs and a reversal circuit corrects the current symbol by replacing a nearest symbol having a nearest valid direction that is less than or equal to Π / 2, wherein the previous symbol is transmitted successively before the current symbol.

The apparatus of preceding claim 19, wherein the mating circuitry is configured to compare the current pattern and the previous pattern to correct the current pattern, and to obtain the current n-bit information by decoding the current pattern.